
Вес тела на полюсе планеты, имеющей форму шара, на 16 процентов превышает вес на экваторе. Чему равен период обращения планеты, если ее плотность ? (Ответ дайте в секундах, округлив до целого числа тысяч.)
Решение. Вес P тела — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес. Определим, чему равен вес некоторого тела на полюсе и на экваторе. Для определенности рассмотрим тело, лежащее на горизонтальной опоре (это предположение не ограничивает общность получаемых далее результатов).
По третьему закону Ньютона сила действия равна силе противодействия, а потому, вес тела равен по величине силе реакции опоры N, действующей на тело. Следовательно, достаточно сравнить силы реакции опоры в двух случаях.
Обозначим массу тела через m. Пусть радиус планеты через R, тогда масса планеты равна Поскольку планета однородная и имеет форму сферы, согласно закону всемирного тяготения сила притяжения тела к планете в обеих точках одинакова и равна
Рассмотрим случай, когда тело находится на полюсе. Второй закон Ньютона для него в проекции на радиальную ось приобретает вид:
Когда же тело находится на экваторе, оно вращается вместе с планетой вокруг оси вращения, а значит, оно движется с центростремительным ускорением где
— угловая скорость вращения планеты. Следовательно, для тела на экваторе второй закон Ньютона в проекции на радиальную ось приобретает вид:
Согласно условию, а значит,
Отсюда для периода обращения планеты имеем:
Ответ: 38000.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом; II) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); III) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но допущена ошибка в ответе или в математических преобразованиях или вычислениях. ИЛИ Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | 0 |
| Максимальный балл | 2 |
PDF-версии: